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寻找宇宙大爆炸的最初的遗迹——宇宙弦
如何寻找宇宙弦存在过的证据？通过引力波记忆效应也许是个有效的途径
火熖星云（图片来源：NASA/DSS处理）
很多关于早期宇宙的理论预言宇宙应该充斥着大量的裂隙 ， 被称为宇宙弦 。 但是目前为止一条这样的宇宙弦都没有被探测到 。 现在 ， 一个新的思路提出 ， 寻找宇宙弦 ， 我们可能需要通过他们的引力波特征 ， 而不是通过传统的天文学方法 。 因为在宇宙弦消失之后很久 ， 其引力波特征仍可以在时空长时间存在 。
宇宙在最初的不到一秒的时间里 ， 它本身的存在经历了最剧烈和最具可变性的相变——这一壮举直到现在 ， 数十亿年（译者：？？不是100多亿年吗？）后仍不可重复 。 这些相变彻底将宇宙重组 ， 将（假定的）统一力分裂为不同的基本作用力：引力、强相互作用力、弱相互作用力、电磁力 。
当力被分解 ， 最基本时空量子真空能量重新组合自身而成新的基本力 。 但是这样的重新组合并不完美 。 想像水在冰格内结成小冰块 ， 当状态发生改变 ， 不同位置的水是同时向着各个不同的方向排列结成冰晶体的 。 在冰的某一个部分 ， 水分子的晶格排列向着不同的方向 。 不管怎样 ， 当温度足够低 ， 所有的水都会凝结冰 ， 但是在两个不同的结晶排列之间会出现缺陷 。
你在小冰块中能看到那些缺陷像裂纹和瑕疵 。 但是要观察这些裂纹和瑕疵在时空中发展 ， 我们的困难要大得多 。 这些在早期宇宙相变时出现的缺陷会发展成各种不同的形态 ， 但是最常见的形态很可能是一维的裂纹 ， 就是我们所知的宇宙弦（与弦理论的超弦无关） 。
引力波的形成
遭遇一条宇宙弦将会是很可怕的情景 。 它的宽度小于一个质子 ， 但是它不到一英里的长度就可以达地球的质量 。 （译者注：如此大质量的物体造成时空畸变也是很大的）利用宇宙弦会拉扯时空结构的特性 ， 你可以不用旋转360度就绕它一周 。 （译者注：同样的性质造成的引力透镜作用） ， 宇宙弦还可以将任何背景物体的光线分光 。 使背景物体呈现出双影像 。 依赖于其它的粒子和力的相互作用 ， 宇宙弦可以被强辐射和高能粒子流激发而发光 。
寻找宇宙弦的最好的方式不是直接找它自身 ， 而是寻找它在处于它与自身或其它宇宙弦扭结在一起的时候的特征 。 当这种情况发生时 ， 会形成由纠缠的丝状构成的环 。 这些环极其不稳定 ， 发疯地振动直到它们发射出所有能量而消失不见 。
很多关于宇宙早期的理论预测宇宙弦应该普遍存在 。 实际上 ， 宇宙学家们曾经以为宇宙弦是如此常见 ， 甚至它们形成了宇宙中最大的骨架结构 。 但是一次次的探测之后什么都没有发现 ， 没有发现遥远的星空显现双影像 ， 也没有发现（宇宙弦形成的）环在其消逝之前的振动而产生幅射的闪光 。
于是 ， 最近一篇收录在arXiv.org预印在线数据库的新论文提出一个新的途径：与其寻找宇宙弦存的在直接迹象 ， 我们不如去寻找间接的证据 ， 比如说他们在时空本身留下的痕迹 。
记忆效应的形成
宇宙弦环是非常巨大（规模）和极其不稳定的 。 那是一种强大的组合 ， 能产生足够数量的引力波 ， 从而在时空结构中产生涟漪 。 但是这种独特的环对我们来说没什么用 ， 用检测黑洞合并的方法 ， 当前的仪器敏感度达不到检测出一个单独的振动环 。
但是引力波并不完全类似于水波或者声波 。 它们并不仅仅是在时空中传递；它们会永久地使时空发生变形 ， 在其经过时在时空中创造出一个背景“记忆” 。 想像一下每个声音在经过的每一生都产生一个微小的 ， 永久性的嗡嗡声----那就是引力波能做到的 。
在最近的研究中 ， 宇宙学家们探测了由宇宙弦环留下的引力波记忆的性质 。 他们发现弦环在相交处和打结处形成的引力波最强烈 ， 而这些引力波产生的记忆效应也最强 。
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